超临界CO2及CO2/Xe混合工质在相变热交换器（PCHE）中增强传热特性的分析及传热关联性的预测

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Analysis of the enhanced heat transfer characteristics of supercritical CO2 and CO2/Xe mixture working fluids in PCHE and prediction of heat transfer correlation

超临界CO?及其与Xe混合工质在PCHE中的换热行为及布雷顿循环效率研究。通过调节Xe质量分数（0%-30%）、入口质量流量（400-1000 kg/m2·s）和温度，分析发现Xe含量增加使峰值换热系数下降36.8%但显著提升热效率，在Re=77,000时PEC指标随Xe含量增加而改善，质量流量提升使峰值换热系数增加378.29%，入口温度升高（至临界温度前）使换热系数和平均努塞尔数分别增加40.73%和38.09%。建立误差±20%的混合工质换热关联式，为CO?/Xe PCHE设计提供理论支撑。

　　

摘要

为了研究超临界二氧化碳以及CO₂/Xe混合工质在印刷电路板换热器（PCHE）中的增强传热性能，并提高布雷顿循环的循环效率，通过改变CO₂中Xe的质量分数、入口质量流量和入口温度，分析了该混合工质的流动和传热性能。研究结果表明，在超临界条件下，Xe的质量分数变化与混合工质的传热特性及布雷顿循环的热效率密切相关，填补了这两个研究领域之间的空白。当Xe的质量分数从0%增加到30%时，峰值传热系数下降了36.8%，但热效率显著提高。当雷诺数达到77,000时，综合传热评估指数（PEC）随着Xe质量分数的增加而提高，从而提升了传热性能。当质量流量从400 kg/(m²?s)增加到1000 kg/(m²?s)时，峰值传热系数增加了378.29%，综合传热评估指数的平均值增加了100.21%。在入口温度未达到临界温度之前，随着温度的升高，峰值传热系数增加了40.73%，平均努塞尔数增加了38.09%。研究人员推导出了CO₂/Xe混合物的传热关联式，其误差范围在±20%以内。这些研究结果将为CO₂/Xe二元混合工质PCHE的设计提供理论基础。

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